JP5217747B2 - 光学フィルムおよびその製造方法ならびに表示装置 - Google Patents

光学フィルムおよびその製造方法ならびに表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、屈折率異方性を有する光学フィルムおよびその製造方法ならびに屈折率異方性を有する光学フィルムを内蔵する表示装置に関する。
近年、液晶表示装置は、低消費電力、省スペース等の利点や、低価格化等により、従来から表示装置の主流であったブラウン管（ＣＲＴ；Cathode Ray Tube）に置き換わりつつある。
その液晶表示装置においても、例えば画像を表示する際の照明方法で分類するといくつかのタイプが存在し、代表的なものとして、液晶パネルの背後に配置した光源を利用して画像表示を行う透過型の液晶表示装置が挙げられる。
ところで、このような表示装置では、消費電力を低減する共に表示輝度を高くすることが表示装置の商品価値を高める上で極めて重要である。そのため、光源の消費電力をできる限り低く抑えつつ、液晶パネルと光源との間に設けられた光学系の利得を高くすることが強く望まれている。
例えば、輝度向上フィルムとしてのプリズムシートを液晶パネルと光源との間に設ける技術が開示されている。このプリズムシートは、例えば頂角９０度の二等辺三角柱状の複数のプリズムを樹脂フィルム上に並列配置したものであり、プリズムの集光効果を利用して正面輝度を上げることが可能である。さらに、上記プリズムシートにおいて、プリズムの延在方向の屈折率と、プリズムの配列方向の屈折率とが互いに異なるプリズムを用いる技術が開示されている。このプリズムシートでは、プリズムの集光効果の他に、臨界角の違いによる界面反射を利用してプリズムの傾斜面で偏光分離を行うことにより、正面輝度を上げることが可能である。
ところで、上記したような偏光分離機能を備えたプリズムシートは、例えば、半結晶性または結晶性の樹脂を含むシートの一の面に複数の柱状のプリズムを形成したのち、シートを面内の一の方向に延伸することにより作製することが可能である（特許文献１，２参照）。
しかし、上記の製法では、延伸時にプリズムの形状が崩れ易く、所望の構造を精確に得ることが容易ではないという問題があった。また、上記の製法では、延伸前と延伸後とで立体形状を維持するためには、プリズムの稜線方向へ延伸することが必須となる。また、延伸方向が高屈折率になる正の樹脂では、延伸によって生じる屈折率差が、延伸方向が低屈折率になる負の樹脂よりも一般的に大きいので、高複屈折を得るためには、通常は正の樹脂を用いることになる。従って、延伸により作製された高複屈折のプリズムシートでは、通常、稜線方向の屈折率の方が稜線方向と直交する方向の屈折率よりも大きい。
特開平０１−２７３００２号公報 米国特許出願公開第２００６／０１３８７０２号明細書
ところで、通常、液晶表示装置では、水平方向の視野角を広げるために、プリズムシートは稜線方向が水平となるように配置される。そのため、延伸により作製された高複屈折のプリズムシートを用いる場合にも、そのプリズムシートを稜線方向が水平となるように配置することになる。しかし、そのようにした場合には、プリズムシートの透過軸が垂直偏光となり、液晶パネルの光入射側に配置された偏光子の透過軸と直交するので、輝度が低下してしまうという問題がある。
そこで、液晶パネルの光入射側に配置された偏光子の透過軸を、プリズムシートの透過軸と同様に、垂直偏光にすることが考えられる。しかし、そのようにした場合には、液晶パネルの光射出側に配置された偏光子の透過軸が水平偏光となり、液晶パネルの光射出側に配置された偏光子を透過した光を一般的な偏光サングラスで確認することが困難となってしまうという問題がある。
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、表示装置の射出光の水平方向の視野角が垂直方向の視野角よりも広く、かつ表示装置の射出光が偏光サングラスで確認可能な垂直方向の偏光成分を有しており、さらに表示装置の輝度を高くすることの可能な光学フィルムならびにそれを備えた照明装置および表示装置を提供することにある。
本発明の光学フィルムは、一の方向に延在すると共に上記一の方向と交差する方向に連続して配置された複数の立体構造を備えたものである。上記立体構造は、当該立体構造全体が当該立体構造の配列方向に配向性を有する液晶性高分子を含んで構成された原盤凹凸転写物である。また、上記立体構造は、当該立体構造の延在方向の屈折率が当該立体構造の延在方向と交差する方向の屈折率よりも小さな屈折率異方性を有している。本発明の表示装置は、画像信号に基づいて駆動されるパネルと、表示パネルを挟む一対の偏光子と、パネルを照明する光源と、偏光子と光源との間に設けられた上記光学フィルムとを備えている。
本発明の光学フィルムおよび表示装置では、立体構造の延在方向の屈折率が立体構造の延在方向と交差する方向の屈折率よりも小さくなっている。そのため、光学フィルムの偏光軸が立体構造の延在方向と平行な方向に向いている。なお、「平行な方向に向いている」とは、立体構造の延在方向だけでなく、立体構造の延在方向と０度より大きく４５度より小さな範囲内で交差する方向も含む概念である。また、配向性を有する液晶性高分子を含んで構成された立体構造は、例えば、当該立体構造の配列方向に配向性を有するロッド状の液晶性モノマと光重合開始剤とを含む組成物に対して紫外線を照射して、ロッド状の液晶性モノマを重合させることにより形成可能なものである。このように、本立体構造は、延伸以外の方法で形成可能なものである。
本発明の光学フィルムの製造方法は、以下の２つの工程を含むものである。
（Ａ）一の方向に延在すると共に一の方向と交差する方向に連続して配置された複数の立体構造を備えた原盤と、原盤の立体構造と対向配置された光透過フィルムとの間に、ロッド状の液晶性モノマと光重合開始剤とを含む組成物を保持した状態で、組成物を、ロッド状の液晶性モノマの融点以上の温度で加熱し、かつ押圧ローラを光透過フィルム接触させると共に、原盤の立体構造の配列方向に転がすことにより組成物を押圧する第１工程
（Ｂ）組成物を常温まで冷やしたのち、組成物に対して紫外線を照射して、ロッド状の液晶性モノマを重合させ、光透過フィルムを原盤から剥離する第２工程
本発明の光学フィルムの製造方法では、組成物内のロッド状の液晶性モノマが融点以上の温度で加熱されることによって組成物が液体状態となり、液体状態となった組成物が押圧によって原盤の立体構造の配列方向に押し動かされ、液晶配向する。その後、組成物に対して紫外線が照射されることにより、ロッド状の液晶性モノマが重合し、原盤の立体構造の配列方向に配向性を有する液晶性高分子となる。このように、本製造方法では、延伸を用いないで、組成物に対して屈折率異方性を付与することができる。なお、「押し動かされた方向に」とは、押し動かされた方向だけでなく、押し動かされた方向と０度より大きく４５度より小さな範囲内で交差する方向も含む概念である。その結果、組成物において、原盤の立体構造の延在方向の屈折率が原盤の立体構造の延在方向と交差する方向の屈折率よりも小さくなる。
本発明の光学フィルムおよび表示装置によれば、立体構造の延在方向の屈折率が立体構造の延在方向と交差する方向の屈折率よりも小さくなるようしたので、水平方向の視野角を広げるために、立体構造の延在方向が水平となるように光学フィルムを配置した場合に、光学フィルムの偏光軸を水平偏光とすることができる。これにより、表示装置の輝度を高くするために、偏光軸が光学フィルムの偏光軸と平行となるように一の偏光子を液晶パネルの光入射側に配置し、偏光軸が光入射側の偏光子の偏光軸と直交するように他の偏光子を液晶パネルの光射出側に配置した場合に、液晶パネルの光射出側の偏光子の偏光軸が垂直偏光となるので、液晶パネルの光射出側に配置された偏光子を透過した光を一般的な偏光サングラスで確認することができる。従って、本発明では、表示装置の射出光の水平方向の視野角を垂直方向の視野角よりも広くすることができ、かつ表示装置の射出光に、偏光サングラスで確認可能な垂直方向の偏光成分を持たせることができ、さらに表示装置の輝度を高くすることができる。なお、本発明では、配向性を有する液晶性高分子を用いることにより、光学フィルムの立体構造に屈折率異方性を発現させるようにしたので、光学フィルムの立体構造には延伸による形状の崩れはない。
本発明の光学フィルムの製造方法によれば、ロッド状の液晶性モノマを含む液体状態の組成物を押圧によって原盤の立体構造の配列方向に押し動したのち、組成物に対して紫外線を照射することによりロッド状の液晶性モノマを重合させ、原盤の立体構造の配列方向に配向性を有する液晶性高分子を含む光学フィルムを形成するようにしたので、水平方向の視野角を広げるために、光学フィルムの立体構造の延在方向が水平となるように光学フィルムを配置した場合に、光学フィルムの偏光軸を水平偏光とすることができる。これにより、表示装置の輝度を高くするために、偏光軸が光学フィルムの偏光軸と平行となるように一の偏光子を液晶パネルの光入射側に配置し、偏光軸が光入射側の偏光子の偏光軸と直交するように他の偏光子を液晶パネルの光射出側に配置した場合に、液晶パネルの光射出側の偏光子の偏光軸が垂直偏光となるので、液晶パネルの光射出側に配置された偏光子を透過した光を一般的な偏光サングラスで確認することができる。従って、本発明では、表示装置の射出光の水平方向の視野角を垂直方向の視野角よりも広くすることができ、かつ表示装置の射出光に、偏光サングラスで確認可能な垂直方向の偏光成分を持たせることができ、さらに表示装置の輝度を高くすることができる。なお、本発明では、配向性を有する液晶性高分子を用いることにより、光学フィルムの立体構造に屈折率異方性を発現させるようにしたので、光学フィルムの立体構造には延伸による形状の崩れはない。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る表示装置１の概略構成を表すものである。この表示装置１は、液晶表示パネル１０と、この液晶表示パネル１０を挟む第１偏光子２０Ａおよび第２偏光子２０Ｂと、第１偏光子２０Ａの背後に配置された照明装置３０と、液晶表示パネル１０を駆動して映像を表示させるための駆動回路（図示せず）とを備えている。この表示装置１では、第２偏光子２０Ｂの表面が観察者（図示せず）側に向けられている。
液晶表示パネル１０は、例えば、映像信号に応じて各画素が駆動される透過型の表示パネルであり、液晶層を一対の透明基板で挟み込んだ構造となっている。具体的には、観察者側から順に、透明基板と、カラーフィルタと、透明電極と、配向膜と、液晶層と、配向膜と、透明画素電極と、透明基板とを有している。
ここで、透明基板は、一般に、可視光に対して透明な基板である。なお、照明装置３０側の透明基板には、透明画素電極に電気的に接続された駆動素子としてのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）および配線などを含むアクティブ型の駆動回路が形成されている。カラーフィルタは、照明装置３０からの射出光を例えば、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）および青（Ｂ）の三原色にそれぞれ色分離するためのカラーフィルタを配列して形成されている。透明電極は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide；酸化インジウムスズ）からなり、共通の対向電極として機能する。配向膜は、例えばポリイミドなどの高分子材料からなり、液晶に対して配向処理を行う。液晶層は、例えばＶＡ（Virtical Alignment）モード、ＴＮ（Twisted Nematic）モード、またはＳＴＮ（Super TwistedNematic）モードの液晶からなり、図示しない駆動回路からの印加電圧により、照明装置３０からの射出光を各画素ごとに透過または遮断する機能を有している。透明画素電極は、例えばＩＴＯからなり、画素ごとの電極として機能する。
第１偏光子２０Ａは、液晶表示パネル１０の光入射側に配置された偏光子であり、第２偏光子２０Ｂは液晶表示パネル１０の光射出側に配置された偏光子である。第１偏光子２０Ａおよび第２偏光子２０Ｂは、光学シャッタの一種であり、ある一定の振動方向の光（偏光）のみを通過させるものである。第１偏光子２０Ａおよび第２偏光子２０Ｂはそれぞれ、偏光軸が互いに９０度異なるように配置されており、これにより照明装置３０からの射出光が液晶層を介して透過し、あるいは遮断されるようになっている。
第１偏光子２０Ａの偏光軸ａ（透過軸）の向きは、後述の凸部３３ａの延在方向における輝度向上フィルム３３の屈折率と、凸部３３ａの延在方向と直交する方向における輝度向上フィルム３３の屈折率との大小関係によって決定される。具体的には、偏光軸ａと平行な方向の輝度向上フィルム３３の屈折率が偏光軸ａと直交する方向における輝度向上フィルム３３の屈折率よりも小さくなるように、第１偏光子２０Ａの偏光軸ａの向きが設定されている。
本実施の形態では、後述するように、凸部３３ａの延在方向における輝度向上フィルム３３の屈折率の方が凸部３３ａの延在方向と直交する方向における輝度向上フィルム３３の屈折率よりも小さくなっている。従って、第１偏光子２０Ａの偏光軸ａは、凸部３３ａの延在方向と平行な方向に向いている。ここで、「平行な方向に向いている」とは、凸部３３ａの延在方向だけでなく、凸部３３ａの延在方向と０度より大きく４５度より小さな範囲内で交差する方向も含む概念である。なお、図１に示したように、偏光軸ａが凸部３３ａの延在方向と平行となっていることが好ましい。ただし、適当な角度輝度分布を得ることや液晶表示パネル１０のコントラストを向上させる等の他の理由により、偏光軸ａと凸部３３ａの延在方向の向きとを一致させられないときには、偏光軸ａと凸部３３ａの延在方向との成す角度を広げてもよい。この場合、正面輝度の向上のためにはこの角度を０度より大きく４５度より小さくする必要があり、より好ましくは０度より大きく２０度より小さくすることが望ましい。
なお、本実施の形態において、輝度向上フィルム３３が本発明の「光学フィルム」の一具体例に相当し、凸部３３ａが本発明の「立体構造」の一具体例に相当する。
照明装置３０は、光源３１を有している。この照明装置３０では、例えば、光源３１の液晶表示パネル１０側に、拡散シート３２と、輝度向上フィルム３３とが光源３１側から順に配置されており、他方、光源３１の背後に、反射シート３４が配置されている。このように、本実施の形態では、照明装置３０はいわゆる直下型となっているが、例えば、導光板を使用するサイドエッジ型となっていてもよい。
光源３１は、例えば、複数の線状光源３１ａが等間隔（例えば２０ｍｍ間隔）で並列配置されたものである。線状光源３１ａは、例えば、熱陰極管(ＨＣＦＬ；Hot Cathode Fluorescent Lamp)または冷陰極管（ＣＣＦＬ；Cold Cathode Fluorescent Lamp）などが挙げられる。なお、光源３１は、例えば発光ダイオード（ＬＥＤ；Light Emitting Diode）などの点光源を２次元配列したものであってもよいし、有機ＥＬ（Electro Luminescence）などの面光源であってもよい。
反射シート３４は、例えば、発泡ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）や銀蒸着フィルム、多層膜反射フィルムなどであり、光源３１からの射出光の一部を、液晶表示パネル１０の方向へ反射するようになっている。これにより、光源３１からの射出光を効率的に利用することができる。
拡散シート３２は、例えば、比較的厚手の板状の透明樹脂の内部に拡散材（フィラ）を分散して形成された拡散板、比較的薄手のフィルム状の透明樹脂上に拡散材を含む透明樹脂（バインダ）を塗布して形成された拡散フィルム、またはこれらを組み合わせたものである。板状またはフィルム状の透明樹脂には、例えばＰＥＴ、アクリル、ポリカーボネートなどが用いられる。拡散材には、例えば、ＳｉＯ２などの無機フィラや、アクリルなどの有機フィラなどが用いられる。
輝度向上フィルム３３は、当該輝度向上フィルム３３を含む面が液晶表示パネル１０の表面と平行となるように配置されている。この輝度向上フィルム３３の光射出側の面（表面）には、図１、図２に示したように、複数の柱状の凸部３３ａ（立体構造）が、光射出側の面内において、水平方向（Ｘ軸方向）に向けて延在すると共に、延在方向と交差する方向に連続的に並列配置されている。なお、図２は、輝度向上フィルム３３の断面の一例を拡大して表したものである。ここで、「水平方向に向けて」とは、水平方向だけでなく、水平面と０度より大きく４５度より小さな範囲内で交差する方向も含む概念である。なお、図１、図２に示したように、各凸部３３ａが水平方向に延在すると共に延在方向と直交する方向（垂直方向、Ｙ軸方向）に連続的に並列配置されていることが好ましい。他方、この輝度向上フィルム３３の光入射側の面（裏面３３ｂ）は、例えば、平面となっている。なお、輝度向上フィルム３３の裏面に、例えば２次元配列された凸部（シボ）が形成されていてもよい。
各凸部３３ａは、例えば、図２に示したように、頂角θ１の頭部３３ｃに接する傾斜面３３ｄ，３３ｅを有する三角柱形状となっており、これら傾斜面３３ｄ，３３ｅは、当該輝度向上フィルム３３を含む面に対して底角θ２，θ３で斜めに対向して配置されている。各凸部３３ａの配列方向の幅（ピッチＰ１）は、例えば１０μｍ以上３５０μｍ以下となっている。なお、各凸部３３ａは、図２に示したような三角柱形状に限定されるものではなく、例えば、五角柱形状などの多角柱形状であってもよいし、各凸部３３ａの延在方向と直交する方向に、楕円形状および非球面形状などの曲面形状（例えばシリンドリカル形状）を有するものであってもよい。
また、各凸部３３ａが互いに同一の形状および同一の大きさになっていなくてもよい。例えば、（ア）隣接する同一形状の２つの凸部３３ａの一方が高く（大きく）、他方が低い（小さい）一組の立体構造を配列方向に等ピッチで並べて配置してもよいし、例えば、（イ）隣接する同一高さの２つの凸部３３ａの形状が互いに異なる一組の立体構造を配列方向に等ピッチで並べて配置してもよいし、例えば、（ウ）隣接する２つの凸部３３ａの形状および大きさ（高さ）の双方が互いに異なる一組の立体構造を配列方向に等ピッチで並べて配置してもよい。なお、各凸部３３ａの延在方向に複数の凸部や凹部を設けてもよい。
これにより、各凸部３３ａは、輝度向上フィルム３３の裏面３３ｂ側から入射した光のうち各凸部３３ａの配列方向の成分を液晶表示パネル１０と直交する方向に向けて屈折透過させ、指向性を増加させるようになっている。なお、各凸部３３ａでは、輝度向上フィルム３３の裏面３３ｂ側から入射した光のうち各凸部３３ａの延在方向の成分については各凸部３３ａの屈折作用による集光効果が少ない。
ところで、本実施の形態では、各凸部３３ａは、各凸部３３ａの延在方向の屈折率が各凸部３３ａの配列方向の屈折率よりも小さい屈折率異方性を有している。ここで、上述したように、第１偏光子２０Ａの偏光軸ａが凸部３３ａの延在方向と平行な方向に向いていることから、各凸部３３ａにおいて、偏光軸ａと平行な方向の屈折率が偏光軸ａと直交する方向の屈折率よりも小さくなっている。
このように、本実施の形態では、各凸部３３ａは、偏光軸ａと平行な方向の屈折率が偏光軸ａと直交する方向の屈折率よりも小さくなるような屈折率異方性を面内に持っている。これにより、偏光軸ａと直交する方向についてより多く反射し、戻り光のリサイクルを行うことにより偏光軸ａと平行な方向の光を増加させることができる。従って、輝度向上フィルム３３へ入射する光の透過特性を偏光状態に応じて変えることができる。なお、各凸部３３ａが光射出側（表面）に設けられているときの方が光入射側（裏面）に設けられているときよりも臨界角の関係からリサイクル効率がよい。
ここで、屈折率の面内異方性は、半結晶性または結晶性の樹脂を含むシートを一の方向に延伸することにより発現させることが可能ではあるが、本実施の形態では、後述の製造方法を用いることにより、延伸を用いないで屈折率の面内異方性を発現させている。延伸しなくても屈折率の面内異方性を発現する材料としては、例えば、配向性を有する液晶性高分子が挙げられる。
ここで、液晶性高分子とは、液晶を形成した高分子であり、液晶高分子、高分子液晶などとも称されるものである。この液晶性高分子は、主鎖型、側鎖型、複合型という３種類の構造に分類可能である。ここで、主鎖型とは、液晶性を発現する部位を主鎖に備えたものであり、側鎖型とは、液晶性を発現する部位を側鎖に備えたものであり、複合型とは、液晶性を発現する部位を主鎖および側鎖の双方に備えたものである。また、液晶性高分子は、上記した分類方法の他に、サーモトロピック（熱溶融型）、リオトロピック（溶液型）という２つの型に分類することも可能である。ここで、熱溶融型とは、加熱溶融することによって、液晶状態になるものであり、熱溶融型の１つとして液晶ポリマー（ＬＣＰ）を挙げることができる。また、溶液型とは、溶液状態にすることによって、液晶状態になるものである。
この液晶性高分子は、例えば、ロッド状の液晶性モノマと光重合開始剤とを含む組成物に対して紫外線を照射して、ロッド状の液晶性モノマを重合させることにより形成することが可能な材料である。
次に、輝度向上フィルム３３全体の屈折率が各凸部３３ａの延在方向と、各凸部３３ａの配列方向とで異なる場合における輝度向上フィルム３３の機能について説明する。
図３は、輝度向上フィルム３３全体が、各凸部３３ａの延在方向の屈折率ｎｘが各凸部３３ａの配列方向の屈折率ｎｙよりも小さい（ｎｘ＜ｎｙ）材料により構成されている場合に、輝度向上フィルム３３の裏面から照明装置３０の光が入射したときの光の経路の一例を示したものである。なお、図３において、Ｌｘは、照明装置３０の光のうち各凸部３３ａの延在方向（Ｘ方向）に振動する偏光成分を示し、Ｌｙは、照明装置３０の光のうち各凸部３３ａの配列方向（Ｙ方向）に振動する偏光成分を示している。
輝度向上フィルム３３を含む面に対して斜め方向から入射した照明装置３０の光は、図３の左側に示したように、輝度向上フィルム３３の裏面で、照明装置３０の光のＸ方向偏光成分ＬｘとＹ方向偏光成分Ｌｙとにおいて異なる屈折角ｒｘ，ｒｙ（ｒｘ＜ｒｙ）でそれぞれ屈折するとともに、異なる射出角φｘ，φｙ（φｘ＜φｙ）で輝度向上フィルム３３の表面（各凸部３３ａの光射出面）から射出する。
このとき、輝度向上フィルム３３は各凸部３３ａの延在方向と各凸部３３ａの配列方向とで異なる屈折率（ｎｘ＜ｎｙ）を有しているので、これら各方向に振動する偏光成分は、輝度向上フィルム３３の裏面および凸部３３ａの光射出面といった界面において、互いに異なる反射率で反射される。従って、Ｌｙの反射量がＬｘの反射量よりも大きくなる。そのため、輝度向上フィルム３３を透過した光において、Ｌｘの光量の方がＬｙの光量よりも多くなる。
また、輝度向上フィルム３３は各凸部３３ａの延在方向と各凸部３３ａの配列方向とで異なる屈折率（ｎｘ＜ｎｙ）を有しているので、これらの各方向に振動する偏光成分は、輝度向上フィルム３３の裏面および凸部３３ａの光入射面といった界面において、互いに異なる臨界角を有する。従って、ある入射角で入射した光は光射出面において、その射出面に入る角度がＬｙの臨界角よりも大きく、Ｌｘの臨界角よりも小さいときには、図３の中央に示したように、Ｌｙは全反射し、Ｌｘは透過する。よって、偏光成分Ｌｙが各凸部３３ａの光射出面で全反射を繰り返して戻り光となり、偏光成分Ｌｘのみが各凸部３３ａの光射出面を透過する完全な偏光分離状態を実現することができる。
また、各凸部３３ａの光射出面に対する照明装置３０の光の入射角が大きくなり過ぎると、図３の右側に示したように、照明装置３０の光は偏光状態に関係なく、各凸部３３ａの光射出面において全反射を繰り返して、照明装置３０側へ戻る戻り光となる。
ここで、輝度向上フィルム３３の表面または裏面で反射された光は、照明装置３０の反射シート３４（図１）や拡散シート３２の表面において反射し無偏光化されて再び輝度向上フィルム３３へ入射する。これにより、一方の偏光成分（Ｌｘ）の光量を他方の偏光成分（Ｌｙ）の光量よりも格段に多くすることが可能となる。その結果、各凸部３３ａが偏光分離作用を有していない場合よりも、光の利用効率が高まり正面輝度が向上する。
なお、光透過フィルム（図示せず）の上に、輝度向上フィルム３３を裏面３３ｂ側から張り合わせた場合や、輝度向上フィルム３３の凸部３３ａだけが面内に屈折率異方性を有している場合には、光透過フィルムとの接触面や、凸部３３ａの底部が、輝度向上フィルム３３全体が屈折率異方性を有している場合における裏面３３ｂとして機能する。従って、輝度向上フィルム３３を裏面３３ｂ側から張り合わせた場合や、輝度向上フィルム３３の凸部３３ａだけが屈折率異方性を有している場合にも、輝度向上フィルム３３全体に面内の屈折率異方性をもたせた場合と同様の光学的な機能を発揮する。
このように、輝度向上フィルム３３は、集光作用に加え、偏光分離作用によって正面輝度を向上させるようになっている。
次に、図４（Ａ）〜（Ｂ）、図５（Ａ）〜（Ｂ）、図６、図７（Ａ）〜（Ｃ）および図８を参照して、輝度向上フィルム３３の形成方法の一例について説明する。なお、図４（Ａ）〜（Ｂ）、図５（Ａ）〜（Ｂ）、図７（Ａ）〜（Ｃ）は、輝度向上フィルム３３の形成過程を説明するための断面構成を表したものである。図６は、図５（Ｂ）の工程を斜視的に表したものである。図８は、ロッド状の液晶性モノマのＤＳＣ曲線の一例を表したものである。なお、図８において、Ｔ1は液晶相への相転移温度（融点）であり、Ｔ2は等方相への相転移温度である。
まず、一の面内に連続して配置され、かつ一の面内において形状異方性を有する複数の凸部１００ａを有する原盤１００を用意する（図４（Ａ）参照）。この原盤１００の複数の凸部１００ａによって形成される凹凸形状は、輝度向上フィルム３３上に２次元配置された複数の凸部３３ａによって形成される凹凸形状と反対の凹凸形状となっている。この凹凸形状の表面には、例えば、シリコン系やフッ素系の離形剤が塗布されていることが好ましい。また、ロッド状の液晶性モノマと光重合開始剤とを混合した組成物１１０（液晶調整粉）を用意する。
次に、原盤１００をホットプレート１２０上に配置して、組成物１１０に含まれるロッド状の液晶性モノマの融点Ｔ1（図８参照）以上の温度で加熱したのち、原盤１００の凸部１００ａ上に組成物１１０（液晶調整粉）を落とす（図４（Ｂ））。すると、組成物１１０が溶解すると共に、組成物１１０の粘性が低下して組成物１１０が凸部１００ａに隙間無く接する。
次に、ホットプレート１２０の温度を、融点Ｔ1以上の温度を保った状態で、光透過フィルム１３０を、組成物１１０上に乗せる（図５（Ａ））。なお、光透過フィルム１３０のうち組成物１１０と接する表面に、ロッド状の液晶性モノマを凸部１００ａの配列方向に配向させる配向膜が設けられていることが好ましい。
このようにして、原盤１００と、原盤１００の凸部１００ａと対向配置された光透過フィルム１３０との間に、組成物１１０を保持した状態で、この組成物１１０を、融点Ｔ1以上の温度であって、かつ相転移温度Ｔ２以下の温度で加熱すると共に押圧する。具体的には、図５（Ｂ）に示したように、押圧ローラ１４０を光透過フィルム１３０上で、凸部１００ａの配列方向に転がしつつ、光透過フィルム１３０を介して組成物１１０を原盤１００の凸部１００ａに押し当てる。これにより、組成物１１０が押圧によって、互いに隣り合う凸部１００ａおよび凸部１００ａの間の谷部の中で、凸部１００ａの配列方向に向かって押し動かされる。その結果、組成物１１０が、図６に示したように、凸部１００ａの配列方向に液晶配向し、さらに、図５（Ｂ）に示したように、組成物１１０に、高さＨ１の凸部１１０ａと、厚さＨ２の袴１１０ｂとを有する光学機能層が形成される。
なお、凸部１００ａの表面に上記離形剤が塗布されている場合には、この離形剤によるアンカー効果によってロッド状の液晶性モノマが凸部１００ａの配列方向に配向するのを促進することが可能である。また、光透過フィルム１３０のうち組成物１１０と接する表面に上記配向膜が設けられている場合にも、ロッド状の液晶性モノマを凸部１００ａの配列方向に配向するのを促進することが可能である。
その後、ホットプレート１２０を原盤１００から取り外し、放置しながら、常温まで空冷する（図７（Ａ））。次に、組成物１１０に対して紫外線Ｌを照射する。例えば、図７（Ｂ）に示したように、光透過フィルム１３０側から組成物１１０に対して紫外線Ｌを照射して、組成物１１０に含まれるロッド状の液晶性モノマを光透過フィルム１３０側から重合する。これにより、ロッド状の液晶性モノマが凸部１００ａの配列方向に配向性を有する液晶性高分子となる。最後に、光透過フィルム１３０を原盤１００から剥離する（図７（Ｃ））。このようにして、配向性を有する液晶性高分子を含む組成物１１０と、光透過フィルム１３０とを備えた輝度向上フィルム３３が形成される。
なお、輝度向上フィルム３３は、例えば、以下に示した方法でも形成することが可能である。
図９は輝度向上フィルム３３の製造装置の一例を表したものである。この製造装置は、巻き出しロール２００と、ガイドロール２１０，２６０，２７０と、ヒートロール２２０，２３０と、温調ロール２４０（押圧ローラ）と、温調ロール２５０と、吐出機３００と、紫外線照射機３１０とを備えたものである。ここで、巻き出しロール２００は、光透過フィルム１３０を同心円状に巻いたものであり、光透過フィルム１３０を供給するためものである。巻き出しロール２００から巻き出された光透過フィルム１３０は、ガイドロール２１０、ヒートロール２２０、ヒートロール２３０、温調ロール２４０、ガイドロール２６０、ガイドロール２７０の順に流れて行き、最後に巻き取りロール２８０で巻き取られるようになっている。温調ロール２５０は、ヒートロール２３０，温調ロール２４０と所定の間隙を介して配置されている。吐出機は、巻き出しロール２００から供給された光透過フィルム１３０のうちヒートロール２２０と接する部分と所定の間隙を介して吐出機３００が設けられている。紫外線照射機３１０は、巻き出しロール２００から供給された光透過フィルム１３０のうち温調ロール２４０を通過した後の部分であって、かつ温調ロール２５０と接している部分に対して紫外線を照射するようになっている。
ガイドロール２１０は、巻き出しロール２００から供給された光透過フィルム１３０をヒートロール２２０に導くためのものである。ヒートロール２２０は、常温から２００℃程度まで発熱可能なものであり、例えば融点Ｔ1以上の温度の発熱温度に設定されている。巻き出しロール２００から供給された光透過フィルム１３０のうちヒートロール２２０と接する部分と所定の間隙を介して吐出機３００が設けられている。この吐出機３００は、ロッド状の液晶性モノマを熱溶解させたものに光重合開始剤を混合した組成物１１０を融点Ｔ1以上の温度で加熱しつつ、光透過フィルム１３０上に滴下するためものである。ヒートロール２３０は、常温から２００℃程度まで発熱可能なものであり、例えば、融点Ｔ1以上の温度に設定されている。温調ロール２４０，２５０は、常温から９０℃程度まで温度調節可能なものであり、例えば、相転移温度Ｔ２よりも低い温度（常温）の冷却温度に設定されている。また、温調ロール２５０の周面には、温調ロール２５０の回転軸と平行な方向に延在すると共に温調ロール２５０の回転軸と直交する方向に連続して並列配置された複数の凸部が形成されている。周面に形成された複数の凸部によって形成される凹凸形状は、輝度向上フィルム３３上に２次元配置された複数の凸部３３ａによって形成される凹凸形状と反対の凹凸形状となっている。ガイドロール２６０は、温調ロール２５０に巻きついている光透過フィルム１３０を剥がすためのものである。また、ガイドロール２７０は、ガイドロール２６０によって剥がされた光透過フィルム１３０を巻き取りロール２８０に導くためのものである。
このような構成の製造装置を用いて、輝度向上フィルム３３を形成する。具体的には、まず、巻き出しロール２００から巻き出した光透過フィルム１３０を、ガイドロール２１０を介してヒートロール２２０に導いたのち、光透過フィルム１３０上に、ロッド状の液晶性モノマを熱溶解させたものに光重合開始剤を混合した組成物１１０を、吐出機３００から滴下する。吐出機３００から滴下された組成物１１０をヒートロール２２０で、融点Ｔ1（図８参照）以上の温度に加熱したのち、ヒートロール２３０によって、光透過フィルム１３０上の組成物１１０の温度を、融点Ｔ1以上の温度で維持しつつ、組成物１１０を温調ロール２５０の周面に形成された凸部に押し当てる。これにより、組成物１１０が温調ロール２５０の凸部に隙間無く接すると共に、組成物１１０が押圧によって、互いに隣り合う凸部同士の間の谷部の中で、凸部の配列方向に向かって押し動かされる。その結果、組成物１１０は、温調ロール２５０の凸部の配列方向に液晶配向し、さらに、組成物１１０に、高さＨ１の凸部１１０ａと、厚さＨ２の袴１１０ｂとを有する光学機能層が形成される。
その後、温調ロール２４０，２５０で、組成物１１０を相転移温度Ｔ2よりも低い温度に冷却して、紫外線照射機３１０から、冷却された組成物１１０に対して紫外線Ｌを照射する。これにより、組成物１１０に含まれるロッド状の液晶性モノマが光透過フィルム１３０側から重合するので、ロッド状の液晶性モノマが温調ロール２５０の凸部の配列方向に配向性を有する液晶性高分子となる。最後に、ガイドロール２６０で、光透過フィルム１３０を温調ロール２５０から剥離したのち、ガイドロール２７０を介して巻き取りロール２８０に巻き取る。このようにして、配向性を有する液晶性高分子を含む組成物１１０と、光透過フィルム１３０とを備えた輝度向上フィルム３３が形成される。
なお、輝度向上フィルム３３を上記各製造方法で製造した場合には、袴１１０ｂの厚さＨ２は、凸部１１０ａの高さＨ１の４０％以下となっていることが好ましい。
次に、本実施の形態の表示装置１において画像を表示する際の作用について、図１０を参照しつつ説明する。なお、図１０は、表示装置１の作用の一例を模式的に表したものである。
光源３１から照射され拡散シート３２を透過した無偏光の光Ｌは、輝度向上フィルム３３の裏面に入射し、凸部３３ａの集光作用によって指向性を高める。また、このとき、光Ｌは、凸部３３ａの偏光分離作用によって第１偏光子２０Ａの偏光軸ａと平行な偏光成分（Ｌｘ）と、第１偏光子２０Ａの偏光軸ａと直交する偏光成分（Ｌｙ）とに分離されたのち、主に、偏光軸ａと平行な偏光成分（Ｌｘ）が第１偏光子２０Ａへ入射する。
第１偏光子２０Ａへ入射した光Ｌのうち、偏光軸ａと交差する偏光成分（Ｌｙ）が第１偏光子２０Ａで吸収され、偏光軸ａと平行な偏光成分（Ｌｘ）が第１偏光子２０Ａを透過する。第１偏光子２０Ａを透過したＬｘは、液晶表示パネル１０において画素単位で偏光制御がなされて第２偏光子２０Ｂへ入射し、第２偏光子２０Ｂの偏光軸ｂの偏光のみが透過してパネル正面に画像を形成する。このようにして、表示装置１において画像が表示される。
ところで、本実施の形態では、輝度向上フィルム３３の一の面内において形状異方性を有する凸部３３ａが、上記一の面内において配向性を有する液晶性高分子を含んで構成されており、この液晶性高分子の配向性に応じた屈折率異方性を有している。ここで、配向性を有する液晶性高分子は、例えば、上記したような方法により形成可能なものである。また、延伸により液晶性高分子に配向性を持たせることはできないことから、本実施の形態の輝度向上フィルム３３は延伸を用いて形成することができず、上記で例示した方法で形成可能と言える。これにより、輝度向上フィルム３３の凸部３３ａには延伸による形状の崩れがないので、形状の崩れがほとんどない、屈折率異方性を有する凸部３３ａを備えた輝度向上フィルム３３を実現することができる。
また、本実施の形態の輝度向上フィルム３３の製造方法では、ロッド状の液晶性モノマと光重合開始剤とを含む組成物１１０に対して、上記した加熱、押圧、冷却および紫外線照射の各処理を順に行うことにより、輝度向上フィルム３３の凸部３３ａに屈折率異方性を発現させるようにしたので、延伸を用いなくても、輝度向上フィルム３３の凸部３３ａに屈折率異方性を付与することができる。これにより、屈折率異方性を有する凸部３３ａを精確に形成することができる。
[実施例]
次に、上記実施の形態の輝度向上フィルム３３の実施例１，２について比較例１，２，３と対比して説明する。実施例１，２および比較例２，３では、製造過程で用いられる組成物１１０にロッド状の液晶性モノマを含ませた。実施例１、比較例２ではロッド状の液晶性モノマとして高Δｎタイプを使用し、実施例２、比較例３ではロッド状の液晶性モノマとして低Δｎタイプを使用した。比較例１では、ロッド状の液晶性モノマの代わりに光硬化アクリルモノマを組成物１１０に含ませた。また、実施例および比較例１では、製造過程における押圧の方向を原盤１００の凸部１００ａ（または温調ロール２５０の凸部）の配列方向にし、比較例２では、製造過程における押圧の方向を原盤１００の凸部１００ａ（または温調ロール２５０の凸部）の延在方向にした。
実施例および比較例１，２において、輝度向上フィルムの凸部の形状を直角二等辺三角柱とし、輝度向上フィルムの凸部の幅を２５μｍ、高さを１２．５μｍとした。また、光透過フィルム１３０としてＰＥＴフィルムを用いた。
具体的な製造方法について、実施例２を例に挙げて説明する。まず、市販の液晶性モノマ溶液（ＲＭＳ０３−００１ｃ、重合開始剤入り、等方相への相転移温度：７０℃、メルク株式会社製）を、まずホットプレート上で１５０℃、１分加熱し、溶媒を蒸発させた後、ホットプレート上に残った組成物（液晶性モノマと重合開始剤との混合液）を、等方相への相転移温度以下（５０℃）のホットプレートで加熱しているＮｉ電鋳プリズム原盤(頂角９０度の二等辺三角形、２５μｍピッチ、高さ１２．５μｍ)上に移した。次に、ホットプレートの温度を５０℃に保持したまま、Ｎｉ電鋳プリズム原盤上の組成物をＰＥＴフィルムにて封止した後、ＰＥＴフィルム上でローラをプリズムの配列方向に転がしつつ、ＰＥＴフィルム上にローラを強く押し当てることにより組成物の厚みを薄く均一化した。その後、ホットプレートをＮｉ電鋳プリズム原盤から取り外し、Ｎｉ電鋳プリズム原盤上の組成物を放置しながら常温まで空冷させた。その後、ＰＥＴフィルム側から組成物に向けてＵＶ照射を行うことにより組成物内の液晶性モノマを重合させたのち、Ｎｉ電鋳プリズム原盤から組成物を剥離することにより実施例２の光透過フィルムを得た。
［断面形状］
輝度向上フィルムの配列方向の断面を走査型共焦点レーザ顕微鏡（LEXT OLS3000、オリンパス（株）製）で測定した。その結果、実施例１，２および比較例１，２，３において、輝度向上フィルムの断面はそれぞれ、原盤１００の凹凸形状と同じ頂角９０度、底角４５度の直角二等辺三角形となっていた。このことから、輝度向上フィルムの凸部には形状の崩れが無いことがわかった。
［複屈折性］
次に、輝度向上フィルムの複屈折性を測定した。複屈折性の測定には、図１１に示すように、輝度向上フィルム３３の凸部３３ａ側から偏光を垂直に入射し、透過光を測定器４０で検出し、透過光の出射角φの違いにより、凸部３３ａの延在方向の屈折率ｎｘと配列方向の屈折率ｎｙとの差Δｎ（＝ｎｘ−ｎｙ）を算出した。なお、図１２に示したように、凸部３３ａの延在方向に振動する偏光成分を垂直偏光Ｌｘとし、凸部３３ａの配列方向に振動する偏光成分を水平偏光Ｌｙとすると、垂直偏光Ｌｘの射出角φｘの方が水平偏光Ｌｙの射出角φｙよりも小さくなった。
測定の結果、実施例１において、輝度向上フィルムの延在方向の屈折率ｎｘが１．５４であり、配列方向の屈折率ｎｙが１．８７であったので、屈折率の差Δｎは−０．３３であった。また、実施例２においても、輝度向上フィルムの延在方向の屈折率ｎｘが１．５５であり、配列方向の屈折率ｎｙが１．７０であったので、屈折率の差Δｎは−０．１５であった。これらのことから、ロッド状の液晶性モノマを用いることにより、輝度向上フィルムの延在方向の屈折率ｎｘが配列方向の屈折率ｎｙよりも低い屈折率異方性を発現させることができることがわかった。一方、比較例１においては、輝度向上フィルムの延在方向の屈折率ｎｘが１．５９であり、配列方向の屈折率ｎｙが１．５９であったので、屈折率の差Δｎは０．００であった。このことから、光硬化アクリルモノマを用いた場合には、屈折率異方性を発現させることができないことがわかった。また、比較例２においては、輝度向上フィルムの延在方向の屈折率ｎｘが１．８７であり、配列方向の屈折率ｎｙが１．５４であったので、屈折率の差Δｎは＋０．３３であった。さらに、比較例３においても、輝度向上フィルムの延在方向の屈折率ｎｘが１．７０であり、配列方向の屈折率ｎｙが１．５５であったので、屈折率の差Δｎは＋０．１５であった。これらのことから、光硬化アクリルモノマを用いた場合であっても、製造過程における押圧の方向を原盤１００の凸部１００ａ（または温調ロール２５０の凸部）の延在方向としたときには、輝度向上フィルムの延在方向の屈折率ｎｘが配列方向の屈折率ｎｙよりも低い屈折率異方性を発現させることができないことがわかった。
以上、実施の形態および実施例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。
また、上記実施の形態等では、液晶表示装置の構成を具体的に挙げて説明したが、全ての層を備える必要はなく、また、他の層を備えていてもよい。
本発明の一実施の形態に係る表示装置の構成の一例を展開して表す斜視図である。 図１の輝度向上フィルムの構成の一例を表す断面図である。 図１の輝度向上フィルムの光学特性について説明するための概念図である。 図１の輝度向上フィルムの形成方法の一例について説明するための断面図である。 図４に続く工程について説明するための断面図である。 図５の工程における配向の様子を模式的に表した模式図である。 図６に続く工程について説明するための断面図である。 ＤＳＣ曲線について説明するための特性図である。 図１の輝度向上フィルムを他の方法で形成するための製造装置の概略構成図である。 図１の表示装置の動作について説明するための概略構成図である。 複屈折性を測定する方法の一例について説明するための概念図である。 複屈折性の偏光軸について説明するための概念図である。
符号の説明
１…表示装置、１０…液晶表示パネル、２０Ａ…第１偏光子、２０Ｂ……第２偏光子、３０…照明装置、３１…光源、３１ａ…線状光源、３２…拡散シート、３３…輝度向上フィルム、３３ａ…凸部、３４…反射シート。

Claims (6)

  1. 一の方向に延在すると共に前記一の方向と交差する方向に連続して配置された複数の立体構造を備え、
    前記立体構造は、当該立体構造全体が当該立体構造の配列方向に配向性を有する液晶性高分子を含んで構成された原盤凹凸転写物であり、かつ当該立体構造の延在方向の屈折率が当該立体構造の延在方向と交差する方向の屈折率よりも小さな屈折率異方性を有する
    光学フィルム。
  2. 前記液晶性高分子は、当該立体構造の配列方向に配向性を有するロッド状の液晶性モノマと光重合開始剤とを含む組成物に対して紫外線を照射して、ロッド状の液晶性モノマを重合させることにより形成されたものである
    請求項１に記載の光学フィルム。
  3. 前記立体構造は、多角柱状のプリズム、または突状の曲面を含むレンチキュラーレンズである
    請求項１に記載の光学フィルム。
  4. 光透過フィルムと、
    前記光透過フィルム上に形成された光学機能層と
    を備え、
    前記立体構造は、前記光学機能層のうち前記光透過フィルムとは反対側の表面に形成され、
    前記光学機能層のうち前記立体構造と前記光透過フィルムとの間の部分の厚さは、前記立体構造の高さの４０％以下となっている
    請求項１に記載の光学フィルム。
  5. 画像信号に基づいて駆動されるパネルと、
    前記表示パネルを挟む一対の偏光子と、
    前記パネルを照明する光源と、
    前記偏光子と光源との間に設けられた光学フィルムと
    を備え、
    前記光学フィルムは、
    一の方向に延在すると共に前記一の方向と交差する方向に連続して配置された複数の立体構造を備え、
    前記立体構造は、当該立体構造全体が当該立体構造の配列方向に配向性を有する液晶性高分子を含んで構成された原盤凹凸転写物であり、かつ当該立体構造の延在方向の屈折率が当該立体構造の延在方向と交差する方向の屈折率よりも小さな屈折率異方性を有する
    表示装置。
  6. 前記立体構造における屈折率の最も小さな方向が前記光源側の偏光子の光透過軸の方向と平行となっているか、または０度より大きく４５度より小さな範囲内で交差している
    請求項５に記載の表示装置。
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